JPH0741532A - 高分子量ポリジオキソランの製造法 - Google Patents

高分子量ポリジオキソランの製造法

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JPH0741532A
JPH0741532A JP18803993A JP18803993A JPH0741532A JP H0741532 A JPH0741532 A JP H0741532A JP 18803993 A JP18803993 A JP 18803993A JP 18803993 A JP18803993 A JP 18803993A JP H0741532 A JPH0741532 A JP H0741532A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境中の水分の影響を受けにくく、腐食性の
少ない重合触媒で、かつ制御可能な温和な重合速度で高
分子量ポリジオキソランを再現性よく製造する方法を提
供する。 【構成】 本発明は、ヘテロポリ酸とカルボニル化合物
とからなる複合重合触媒を用いて、1,3−ジオキソラ
ンを重合させる製造法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子量ポリジオキソ
ランの製法に関するものである。更に詳しくは、環境中
の水分の影響等を受けにくく、腐食性が小さい重合触媒
で、かつ温和な重合速度で高分子量のポリジオキソラン
を再現性良く製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリジオキソランは温水可溶性であり、
その高分子量体は柔軟なフィルムとすることができる。
これらの特徴を利用して包装材、繊維処理剤、増粘剤、
可塑剤等の用途が考えられるが、高分子量ポリジオキソ
ランを安定的に製造できる工業的製法はいまだ見出され
ていない。
【0003】1,3−ジオキソランの重合触媒として
は、例えば、硫酸、リン酸、塩酸等の鉱酸;三塩化鉄、
四塩化スズ、三塩化アルミニウム、フッ化ホウ素等のル
イス酸又はこれらのエーテル等との複合体;有機アルミ
ニウム等が知られている。しかし、これらの触媒では、
得られるポリジオキソランの分子量が低かったり、ある
い重合時間が長いという問題点があった。これらの問題
点を解決する方法として、有機アルミニウム−硫酸反応
物(特公昭46−40702号)やトリアルキルアルミ
ニウム−ハロゲン化亜鉛(特公昭48−17390号)
を触媒に用いる方法が提案されているが、その再現性は
良くなかった。また、ヘテロポリ酸を重合触媒に使用す
る方法が提案されているが、重合時間が長い上に数平均
分子量も4万程度までしか上がらず、強度のあるフィル
ムになるものではなかった(Makromol.Che
m.190,929(1989))。また、上記の重合
触媒を多量に使用した場合には、重合は短時間で起こる
が、急激な重合がおこるため重合熱の除去が実質的に不
可能であった。その結果、重合系内の温度が急激に上昇
し、安全性に問題があったり、得られるポリジオキソラ
ンの分子量が低下する問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決するものである。従って、本発明の目
的は、1,3−ジオキソランを温和に重合させ、再現性
良く、高分子量ポリジオキソランを製造する方法を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】すなわち、本発
明はヘテロポリ酸とカルボニル化合物とからなる複合重
合触媒を用いて1,3−ジオキソランを重合させること
を特徴とする高分子量ポリジオキソランの製法を提供す
るものである。
【0006】本発明に用いられるヘテロポリ酸は、骨格
酸の中心原子がモリブデン、タングステン、バナジウム
等から選ばれ、ヘテロ原子がケイ素、リン、ゲルマニウ
ム、チタン、ジルコニウム、ホウ素、砒素、コバルト等
から選ばれた原子からなるケギン構造を有するポリ酸で
あり、例えば、リンタングステン酸、ケイタングステン
酸、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、ホウタング
ステン酸、ホウモリブデン酸、コバルトモリブデン酸、
コバルトタングステン酸、砒素タングステン酸、ゲルマ
ニウムタングステン酸、リンモリブドタングステン酸、
ホウモリブドタングステン酸等が挙げられる。これらの
中でも、リンタングステン酸が無着色性、溶解性及び重
合開始能力の点で特に好ましい。
【0007】本発明に用いられるヘテロポリ酸は部分的
に中和された塩でも使用できる。これらの部分中和塩と
しては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、セシウム
塩、有機アミン塩、アンモニウム塩等が挙げられる。ヘ
テロポリ酸の部分中和塩は調製してから1,3−ジオキ
ソランに添加しても良いが、1,3−ジオキソラン中で
ヘテロポリ酸と塩基とを反応させることにより生成させ
ても良い。
【0008】本発明で用いられるヘテロポリ酸は、使用
前に高温及び/又は減圧で乾燥させてヘテロポリ酸の結
晶水部分が、好ましくは1〜15重量%、特に好ましく
は3〜8重量%になるように調製して重合に使用するこ
とが好ましい。結晶水部分が1重量%未満の場合や15
重量%を越える場合には得られるポリジオキソランの分
子量が高くならない場合がある。
【0009】本発明で用いられるヘテロポリ酸の使用量
には特に制限はないが、1,3−ジオキソラン100重
量部あたり好ましくは0.001〜2重量部、特に好ま
しくは0.01〜0.5重量部である。0.001重量
部未満の使用量では、重合が開始されない場合があった
り、2重量部を越える使用量では重合が激しくなりすぎ
て制御できなくなったり、得られるポリジオキソランの
分子量が低くなったりする場合がある。
【0010】本発明で用いられるカルボニル化合物に特
に制限はないが、例えば、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、
アセチルアセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオ
ン酸メチル、シクロヘキサノン等が挙げられ、これらの
1種または2種以上を使用することができる。これらの
なかでも、重合後に除去する必要性を考えると沸点が1
50℃未満のカルボニル化合物が好ましい。特にアセト
ン、メチルエチルケトンは重合を温和にする効果が強い
ので好ましい。
【0011】本発明で用いられるカルボニル化合物の使
用量に特に制限はないが、ヘテロポリ酸100重量部に
対して、好ましくは10〜50000部、特に好ましく
は50〜5000部である。ヘテロポリ酸とカルボニル
化合物とは、前もって混合することによって複合重合触
媒を調製しておいてから1,3−ジオキソランに添加し
ても良いし、1,3−ジオキソランにカルボニル化合物
を混合しておいてからヘテロポリ酸を加えることによっ
て重合系内でヘテロポリ酸とカルボニル化合物との複合
重合触媒を生成させても良い。しかし、少量のカルボニ
ル化合物でも効果を発現するという点で、ヘテロポリ酸
とカルボニル化合物とを前もって混合してから用いる方
が好ましい。ヘテロポリ酸を単独で使用した場合には、
ヘテロポリ酸が継粉になったりして1,3−ジオキソラ
ンの重合が均一に起こらなかったり、重合が急激に起こ
って重合を制御できない。また、ヘテロポリ酸を、エー
テル化合物等のカルボニル化合物以外の有機物と混合し
て使用した場合にも、重合が急激に起こって重合を制御
できない。ヘテロポリ酸とカルボニル化合物とからなる
複合重合触媒のみが特異的に温和な重合触媒となる。ヘ
テロポリ酸とカルボニル化合物とからなる複合重合触媒
は他の有機溶媒で希釈して重合に使用しても良い。希釈
に使用する溶媒としては、例えばジオキサン、テトラヒ
ドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジ
メチルエーテル等の含酸素有機溶媒が好ましい。ヘテロ
ポリ酸とカルボニル化合物とからなる複合重合触媒は
1,3−ジオキソランに一度に全量添加しても良いが、
分割して添加したり、少量づつ連続的に添加しても良
い。
【0012】本発明では、重合後に塩基性物質で中和す
ることが好ましい。塩基性物質としては、例えばトリメ
チルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミ
ン、ジエチルアミン、ジメチルアミン、エチルアミン、
メチルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミ
ン,エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ピリジ
ン、ピペリジン、ピペラジン等の有機アミン;水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等の
無機塩基;アンモニア等が使用できる。これらのなかで
も、高分子量ポリジオキソランを得られるという点で有
機アミン及び/又はアンモニアが特に好ましい。有機ア
ミン及び/又はアンモニアは、液状で重合物と混合して
も良いし、ガス状で混合しても良い。塩基性物質の使用
量は、好ましくはヘテロポリ酸の酸としての当量の1〜
30倍量である。1倍未満の場合にはヘテロポリ酸が完
全には中和されないので、得られるポリジオキソランの
分子量が低くなる場合があり、30倍を越えて使用して
も、それ以上の効果は得られないことが多い。塩基性物
質の使用量が、1,3−ジオキソランの使用量に比べて
少量になる場合には、有機溶媒で希釈して重合物と混合
することが好ましい。塩基性物質の希釈に使用する有機
溶媒としては塩基性物質を溶解させる限り特に制限はな
いが、沸点が120℃以下の有機溶媒が、中和後の除去
が容易なため高分子量ポリジオキソランの精製が容易に
なるという点で好ましい。特に1,3−ジオキソランを
溶媒に使用すると、重合に用いられなかった未反応の
1,3−ジオキソランと合わせて回収・再使用すること
ができるので好ましい。重合物を中和することなく取り
出した場合には、分子量の低いポリジオキソランしか得
られないし、また得られたポリジオキソランの分子量が
経時的に著しく低下する場合がある。
【0013】本発明に用いられる1,3−ジオキソラン
には、得られるポリジオキソランの物性を低下させない
範囲で他の環状化合物を加えても良い。他の環状化合物
を加える範囲は1,3−ジオキソラン100重量部に対
して好ましくは100重量部未満、特に好ましくは20
重量部未満である。100重量部を越える場合には、得
られるポリジオキソランの分子量が低下したり、温水可
溶性が低下したりする場合がある。他の環状化合物とし
ては、例えば、2−メチル−1,3−ジオキソラン、ト
リオキサン、1,3,6−トリオキソカン、1,3−ジ
オキセパン、テトラヒドロフラン等があげられる。
【0014】本発明に用いられる1,3−ジオキソラン
は実質的に溶媒を含まない系で重合に使用しても良い
し、溶液にして使用しても良いが、1,3−ジオキソラ
ン100重量部に対する溶媒量が5重量部未満であるこ
とが好ましい。5重量部を越えて溶媒を使用した場合に
は得られるポリジオキソランの分子量が低くなる場合が
ある。
【0015】本発明において、1,3−ジオキソランを
重合する温度は特に制限はないが−10〜100℃が好
ましい。特に高分子量ポリジオキソランを得るために
は、重合開始温度を0〜30℃、重合中の最高温度を3
0〜80℃に、加熱又は冷却により調整することが好ま
しい。重合温度が−10℃未満では、重合速度が小さく
なったり、得られるポリジオキソランの分子量が低くな
ったり、あるいは固化したり粘度が高くなったりして取
り扱いが困難になる場合がある。重合温度が100℃を
越える場合には得られるポリジオキソランの分子量が低
くなる場合がある。
【0016】本発明において、1,3−ジオキソランの
重合時間(すなわち、ヘテロポリ酸とカルボニル化合物
とからなる複合重合触媒を1,3−ジオキソランと混合
後、塩基性物質を添加する前までの時間)は特に制限は
ない。また重合時間は、重合温度により最適値が変化す
るものであるが、重合温度が−10〜100℃の場合に
は2〜300分の重合時間が好ましく、特に5〜100
分が好ましい。重合時間が2分未満の場合には、得られ
るポリジオキソランの分子量が低くなったり、重合率が
低下する場合がある。重合時間が300分を超える場合
には、得られるポリジオキソランの分子量が低くなる場
合がある。
【0017】本発明において、1,3−ジオキソランを
重合する装置は特に制限はないが、例えば住友重機械工
業(株)製マックスブレンド翼等を有する槽型反応器、
(株)栗本鉄工所製KRCニーダー等の二軸混合撹拌
機、(株)ノリタケ製スタティックミキサー等の駆動部
を有しないピストンフロー型反応器等が使用できる。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明の範囲はこれらの実施例によって限定される
ものではない。
【0019】(実施例1)撹拌機、温度計を備えた10
0mlフラスコに1,3−ジオキソラン60gを仕込
み、10℃に冷却した。減圧下120℃で20時間乾燥
することによって得られたリンタングステン酸(結晶水
部分4.2重量%含む、DTAによる分析、以下同じ)
0.03gとジアセトンアルコール0.02gとからな
る複合重合触媒をエチレングリコールジメチルエーテル
0.5gと混合し該フラスコに撹拌しながら添加し、重
合を開始した。複合重合触媒添加4分後から発熱が認め
られ、8分後に重合ピーク温度が45℃になった。重合
ピーク温度を確認後、50℃の湯浴で15分間加熱し
た。その後トリエチルアミン0.08gを1,3−ジオ
キソラン5gに溶解させた中和液を該重合物に添加し
た。15分間撹拌後、減圧下で1,3−ジオキソラン及
びトリエチルアミンを留去することによって、本発明の
ポリジオキソラン(1)を得た。ポリジオキソラン
(1)の収量は40gであり、数平均分子量(ポリスチ
レンを標準物質としてゲルパーミエイションクロマトグ
ラフィーで測定、以下同じ)は16万であった。ポリジ
オキソラン(1)から作成したフィルムは柔軟性があり
引張強度210kg/cm2,伸度1200%(JIS
K4127による、以下同じ)。該フィルムは冷水中で
は崩壊し、温水中では可溶化した。
【0020】(実施例2)撹拌機、温度計を備えた10
0mlフラスコに1,3−ジオキソラン60gを仕込
み、水浴中で20℃に冷却した。減圧下120℃で20
時間乾燥することによって得られたリンタングステン酸
(結晶水部分4.2重量%含む)0.015gとアセト
ン0.25gとの混合物からなる複合重合触媒を該フラ
スコに撹拌しながら添加し、重合を開始した。複合触媒
添加8分後から発熱が認められ、14分後に重合ピーク
温度25℃を示した。重合ピーク温度を確認後、50℃
の湯浴で15分間加熱した。その後トリエチルアミン
0.07gを1,3−ジオキソラン5gに溶解させた中
和液を該重合物に添加した。15分間撹拌後、減圧下で
1,3−ジオキソラン及びトリエチルアミンを留去する
ことによって、本発明のポリジオキソラン(2)を得
た。ポリジオキソラン(2)の収量は30gであり、数
平均分子量は18万であった。ポリジオキソラン(2)
から作成したフィルムは柔軟性があり引張強度250k
g/cm2,伸度1700%であった。該フィルムは冷
水中では崩壊し、温水中では可溶化した。
【0021】(比較例1)ジアセトンアルコールを使用
しないこと以外は実施例1と同様の重合操作を行った。
重合触媒添加後1分後に急激に温度が75℃まで上昇し
重合の制御は困難であった。
【0022】(比較例2)アセトンの代わりにエチレン
グリコールジメチルエーテルを使用する以外は実施例2
と同様の操作を行った。重合触媒添加後2分後に急激に
温度が70℃まで上昇し重合の制御は困難であった。
【0023】(比較例3)アセトンを使用しないこと以
外は実施例2と同様の操作を行った。タングストリン酸
は1,3−ジオキソラン中でママコ状態になり、その部
分から重合が起こるが、未重合の部分も残り均一な重合
物は得られなかった。
【0024】
【発明の効果】本発明の方法によれば、温和な重合速度
で再現性良く高分子量のポリジオキソランが得られる。
また、用いる重合触媒は腐食性がほとんどなく、さらに
環境の水分の影響を受けにくいという特徴のため安価な
重合装置で製造することが可能である。
【0025】本発明の方法で得られるポリジオキソラン
は高分子量となるため、高強度フィルムの原料となる。
また、その冷水崩壊性、温水可溶性等の特徴を生かし
て、包装用フィルム、繊維処理剤、増粘剤、可塑剤等に
使用することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1,3−ジオキソランを重合してポリジ
    オキソランを製造するに際し、ヘテロポリ酸とカルボニ
    ル化合物とからなる複合重合触媒を用いることを特徴と
    する高分子量ポリジオキソランの製法。
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